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Comparison of the measured X-ray yields of kaonic helium-3 and helium-4
Barbara Wünschek
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Eberhard Widmann
DOI
10.25365/thesis.19834
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29064.87812.783053-4
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Kaonisches Helium ist ein exotisches Atom, welches sich besonders zur Untersuchung der starken Wechselwirkung bei niedrigen Energien eignet. Die starke Wechselwirkung zwischen Kaon und Heliumkern verursacht eine Verschiebung der inneren Energieniveaus des Atoms, die mithilfe spektroskopischer Methoden messbar ist. In den letzten Jahren wurden verstärkt im Zuge zweier Experimente (E570 in Japan und SIDDHARTA in Italien), die Verschiebung des 2p Niveaus in kaonischem Helium-3 und Helium-4 - über die Messung der Röntgenübergänge - bestimmt. Ein weiteres Experiment (E17) ist für 2012 an J-PARC, Japan, geplant, in welchem mögliche Unterschiede zwischen der Verschiebung in kaonischem Helium-3 und in kaonischem Helium-4 festgestellt werden sollen. Für das Experiment E17 werden neuartige, hochmoderne Siliziumdetektoren, sogenannte Silicon Drift Detektoren verwendet, deren Funktionsparameter für diese Messungen optimiert worden sind. Die Anforderungen des experimentellen Aufbaus von E17 erfordern zudem eine genaue Kenntnis der Detektoreigenschaften, die im Zuge dieser Doktorarbeit untersucht wurden. Hierfür wurde die Temperaturabhängigkeit ihrer Energie- und Zeitauflösung in einem ähnlichen experimentellen Aufbau an der Forschungsanlage KEK in Japan studiert und mit Modellen über die Elektroneneigenschaften in Silizium verglichen. Des Weiteren wurden in dieser Arbeit die Übergangsraten der Röntgenübergänge zum 2p Niveau in gasförmigem Helium bestimmt. Dazu wurden die Daten des SIDDHARTA Experiments ausgewertet, das mithilfe eines komplexen SDD-Detektorsystems, die Röntgenübergänge in kaonischem Helium-3 und Helium-4 gemessen hat. Die absoluten Übergangsraten wurden mit Hilfe einer Monte-Carlo Simulation ermittelt. Da alle bisherigen Experimente flüssiges Helium für die Untersuchung der Röntgenübergänge verwendet haben, konnte mit diesen Ergebnissen erstmals eine Dichteabhängigkeit der Übergangsraten experimentell beobachtet werden, die - besonders für theoretische Berechnungen - wichtige Informationen liefern. Ferner können damit die zu erwarteten Detektionsraten für E17, und damit die benötigte Messzeit, abgeschätzt werden.
Abstract
(Englisch)
Kaonic helium is an exotic atom where a Kaon replaces a shell electron, well suited for the study of the strong interaction at low energies. The strong interaction between the kaon and the nucleus affects the low-lying atomic states in the kaonic helium atom by causing a shift compared to its electromagnetic value. This shift can be measured with spectroscopic tools, which was performed recently by two experiments. In particular, the SIDDHARTA experiment at LNF (Italy) investigated the strong interaction shift via the measurement of the X-ray transitions to the 2p level in kaonic helium-3 and kaonic helium-4. The E17 experiment at J-PARC (Japan), planned for 2012, measures a possible difference between the shifts in kaonic helium-3 and helium-4. For this purpose, so-called “silicon drift detectors” are used which have been optimized for the requirements of the experiment. Due to geometrical limits of the E17 setup, the properties of these detectors have been investigated in a similar setup. Their energy and time resolutions have been studied as a function of the detector temperature and compared to theoretical models of the electron mobility in silicon. Furthermore, the yields (i.e. the transition rates) of the kaonic helium X-ray transitions to the 2p level were determined within this thesis. Therefore, the SIDDHARTA data were analysed, where the X-ray transitions in gaseous kaonic helium-3 and helium-4 were measured with a complex SDD detector system. The absolute yields were obtained with inputs from a Monte Carlo simulation. Since the previous measurements on the kaonic helium X-ray transitions solely used liquid kaonic helium, these results give crucial information on theoretical calculations of the density dependence of the yields. Additionally, the determination of the yields in gaseous kaonic helium-3 and helium-4 allows an estimation of the prospective X-ray detection efficiencies in E17.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Silicon drift detectors SIDDHARTA experiment kaonic helium X-ray yields
Schlagwörter
(Deutsch)
Silizium Drift Detektoren SIDDHARTA Experiment kaonisches Helium Röntgen-Übergangsraten
Autor*innen
Barbara Wünschek
Haupttitel (Englisch)
Comparison of the measured X-ray yields of kaonic helium-3 and helium-4
Paralleltitel (Deutsch)
Vergleich der gemessenen Röntgen-Übergangsraten in kaonischem Helium-3 und Helium-4
Paralleltitel (Englisch)
Comparison of the measured X-ray yields of kaonic helium-3 and helium-4
Publikationsjahr
2012
Umfangsangabe
XII, 119 S.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Laura Fabbietti ,
Glen Marshall
AC Nummer
AC09353279
Utheses ID
17708
Studienkennzahl
UA | 791 | 411 | |